3.2 Фільтр освітлювальний фов

Мал. 3.4 Схема освітлювального фільтру

Фільтр осветлювальний вертикальний призначений для видалення з води завислих домішок різного ступеня дисперсності і застосовується в схемах водопідготовчих установок електростанцій і промислових котелень. Освітлення води відбувається в результаті прилипання до зернам фільтруючого матеріалу грубодисперсних домішок води, котрі затримуються на поверхні і в порах фільтруючого матеріала. Характеристики фільтрів приведені в таблиці 3.5.

Таблица 3.3 -Загальна характеристика освітлюючих фильтрів ФОВ

Позначення типорозміру	Робочий тиск,МПа	Умовний діаметр фільтру, мм	Висота фільтруючого завантаження, мм, не більше	продуктивність, м3/год	Маса в обсязі комплекту, т
МФОВ 2,0-0,6	0,6	1000	1000	40	2.2

3.3 Знезараження методом зворотнього осмосу

Відкриття і подальший розвиток способу очищення води з використанням мембран почалося в двадцятих роках нинішнього сторіччя, проте його практичне застосування почалося лише через 40 років. Швидкий розвиток баромембранних технологій очищення води почався з 1960 року. Слід зазначити, що всі мембранні технології, в принципі, повторюють роботу людської нирки.

На першій стадії експериментів по мембранному розділенню були спроби прямого запозичення у природи матеріалу мембрани: свинячого міхура, яєчного білка. Проте на наступній стадії розвитку мембранних методів розділення як мембрани були використані модифіковані природні речовини. Найбільшого поширення набули мембрани з продуктів целюлози. Як відомо, целюлоза є природним полімером b-D-глюкозы.

Перенесення речовин через мембрани відбувається під дією різниці концентрацій, різниці електричних потенціалів по обидві сторони мембрани і різниці тиску. Метод мембранного розділення, що використовує як рушійну силу процесу різницю концентрацій речовини на межах мембрани, називають діалізом. Перепад тиску по обидві сторони мембрани лежить в основі баромембранних методів розділення: мікрофільтрації, ультрафільтрациі і зворотного осмосу.

Фільтрування як метод розділення твердих частинок і розчину відомий з давніх часів. Як фільтр, як затверджує Пліній Старший, використовували щільну тканину, волокно (filum). Від filum в по-зднелатінськом мові з'явилося слово «fоltrum» (повсть), що перетворилося у французькій мові в слово «filtre» (фільтр) і що розповсюдилося у всі європейські мови.

Для відділення від рідини колоїдних або зважених мікрочастинок і розчинених макромолекул розміром більше 0,1-10~6 м Зігмонді в 1922 році запропонував метод мікрофільтрації. Головними областями застосування мікрофільтрації є отримання стерильної води, освітлювання і стабілізація вин.

Метод ультрафільтрациі був запропонований Бехгольдом ще в 1907 році. Цей метод дозволяє відокремлювати частинки і розчинені макромолекули розміром менше 0.110-6 м і більше 0,1-10-9 м. Для проведення ультрафільтрациі необхідний надмірний тиск від 2 до 10 атм. Воду, пропущену через ультрафільтри, можна пити навіть тоді, коли початкова вода біологічно заражена.

Для відділення молекул або іонів Манегольд в 1929 році запропонував метод зворотного осмосу. Промисловим, метод зворотного осмосу став після 1962 року, коли були отримані асиметричні ацетілцел-люлозниє мембрани, що мали тонкий і щільний активний шар з вузькими порами і товстий шар з широкими порами. Фактичною товщиною такої мембрани є товщина активного шару, і тому потік через мембрану в цьому випадку значно більше, чим через однорідну (ізотропну) мембрану. Явище осмосу (греч. - поштовх, тиск) виникає, якщо, наприклад, в праву секцію осередку розділеною селективною мембраною, помістити розчин, а в ліву - чисту воду.

Порівняно недавно арсенал баромембранних методів поповнив проміжний між ультрафільтрацией і зворотним осмосом метод. Цей метод був названий нанофільтрацією (або низьконапірним зворотним осмосом). В цьому випадку затримуються частинки і розчинені молекули розміром менше 210~9 м. Для нанофільтрації потрібний тиск від 6 до 15 атм. Нанофільтрація застосовується для очищення водних розчинів від органічних речовин і мінеральних домішок на стадіях, передуючих фінішному очищенню води іонним обміном, тобто використовується замість першого ступеня іонного обміну.

За допомогою мембранних процесів вдається охопити практично весь діапазон виникаючих розділових завдань: від найтонших - концентрація ізотопів урану методом газової еффузії - до щодо «грубих» - очищення мікрофільтрації рідин високого ступеня чистоти від зважених частинок субмікронних розмірів.

Найбільш важливим і великомасштабним завданням, що вирішується за допомогою зворотного осмосу, частково мембранній дистиляції є демінералізация, тобто зниження у воді загального солевмісту або видалення з неї іонів, неприйнятних в тих або інших конкретних умовах. Демінералізацию, направлену на отримання такої води, називають опрісненням. При цьому сольовий склад отриманої води повинен відповідати певним вимогам або він може бути скоректований добавками необхідних компонентів. У отриманні чистої води зацікавлено багато галузей промисловості. Величезна кількість води, звільненої від солей жорсткості, споживає енергетика.

Метод зворотнього осмосу полягає у фільтруванні розчинів через спеціальні напівпроникні мембрани. При цьому або мембрана пропускає тільки молекули розчинника (води), або частково з розчинником проходять іони і молекули затримуваних речовин. При зворотному осмосі здійснюється відділення частинок (молекул, гидраті-рованних іонів), розміри яких сопоставіми з розмірами молекул розчинника. Якщо частинки мають розміри більше 0,5 мкм, для їх відділення необхідно застосовувати власне фільтрування в звичайному сенсі.

В основу процесу зворотного осмосу покладено явище осмосу - мимовільного переходу розчинника через напівпроникну перегородку (ідеальну мембрану) в розчин. Якщо який-небудь осередок розділити мембраною і залити ліву камеру чистою водою, а праву розчином те спостерігатиметься мимовільний перехід молекул води з лівої камери в праву. Рушійною силою процесу, в даному випадку, є різниця хімічних потенціалів в лівій І правій камерах осередку. При цьому рівень води в лівій камері осередку знижуватиметься, а в правій підвищуватися. Унаслідок виникнення гідравлічного натиску за рахунок різниці рівнів води в камерах осередку частина води почне переходити назад з правої камери осередку в ліву. Швидкість переходу води з лівої камери осередку в праву камеру падатиме унаслідок убування різниці концентрацій домішок по обидві сторони мембрани (розбавлення розчину в правій камері осередку). Швидкість переходу води з правої камери осередку в ліву камеру зростатиме із-за збільшення різниці рівнів розчину по обидві сторони мембрани.

Осмотичний тиск залежить від хімічної природи розчиненої речовини і його концентрації. Наприклад, для морської води з концентрацією солі 0,6 кмоль/м³ осмотичний тиск має величину порядка 29 атм.

Оскільки в реальних процесах продуктивність установок повинна бути технологічно прийнятною, то і робочий тиск в них повинен значно перевершувати осмотичне. Звичайний надмірний робочий тиск підтримується в інтервалі (1,0-2,5) МПа.

У розчинах, що містять високомолекулярні речовини з максимальним діаметром частинок 0,5 мкм (або молекулярною масою не більше 500), осмотичний тиск нехтує мало. Для їх розділення застосовують процес ультрафільтрациі на спеціальних мембранах, проникних лише воду, іони і молекули низькомолекулярних з'єднань. В цьому випадку робочий тиск в апараті не перевищує 0,5 Мпа.

При неідеально напівпроникній мембрані накопичення розчиненої речовини у мембрани приведе до збільшення швидкості його проникнення через мембрану до значень, рівних швидкості підведення речовини до мембрани. В цьому випадку, процес фільтрування не припиниться, але ефект розділення стане рівний нулю.

Вказаними обставинами і обумовлена принципова схема процесу обратноосмотічеськой обробки води. Розчин (початкова рідина), що розділяється, під тиском, що перевищує осмотичний тиск розчину, подається в апарат, з якого виходять два потоки:

• фільтрат (пермеат) - розчинник (вода), очищений від розчинених речовин;

• концентрат - розчин із збільшеним, в порівнянні з початковою рідиною, змістом розчинених речовин.

Скидання концентрату (дренажної води) із забрудненнями є одним з умов правильного протікання процесу обратноосмотічеського опріснення води. Співвідношення потоків пермеата (чистої води) і концентрату (дренажу) встановлюється виходячи з конкретних умов, і в основному обумовлено складом початкового розчину. Воно може варіюватися від 4: 1 до 2 : 1. Для запобігання випаданню на поверхні мембрани осадкообразующих речовин (гідроокис заліза, соли жорсткості, сульфат кальцію і т. д.) швидкість протоки води над поверхнею мембрани повинна бути вище певних значень. Щоб досягнення таких швидкостей не приводило до збільшення витрати концентрату, у ряді випадків застосовується рециркуляция води, тобто частина потоку концентрату повертається на вхід установки. Режим рециркуляциі підбирається окремо у кожному конкретному випадку виходячи з складу початкової води. Використання режиму рециркуляциі для конкретних умов може дозволити понизити скидання дренажу до співвідношення чистої води до дренажної 8:1.

Ефективність процесів зворотного осмосу і ультрафільтрациі в значній мерс визначається властивостями вживаних мембран, які повинні відповідати наступним вимогам:

• висока розділяюча здатність (селективність);

• висока питома проникність для розчинника;

• стійкість до дії середовища;

• незмінність характеристик в процесі експлуатації;

• достатня механічна міцність;

• низька вартість.

Обратноосмотічеськие мембрани і обратноосмотічеськие модулі

Як матеріал мембрани широко використовують моно- або полімолекулярниє плівки, полімерні плівки, стекло, метали, кераміку.

Структурна форма твердих мембранних матеріалів вельми різноманітна. Мембрани діляться на пористі, суцільні, шаруваті, гетерогенні, динамічні. У свою чергу пористі мембрани можуть бути макропористими, які використовуються як неселективні підкладки, мікропористими - до них відносяться стекла, кераміка, жорстко-ланцюгові полімери і мембрани з флуктуїрующимі (мерехтливими) порами, що характерний для гибкоцепних полімерів. Суцільні мембранні матеріали представлені полімерами, металами, сплавами. Шаруваті або асиметричні мембрани мають тонкий селективний (активний) шар, нанесений на макропористу підкладку. Гетерогенні мембрани - це мембрани з наповнювачем, поліпшуючим їх транспортні характеристики, із замкнутими порами, з дисперсіями блок-сополімеров .

У динамічних мембранах активним шаром є гель, який формується в процесі роботи в результаті хімічної реакції при додаванні розчинів електролітів і який знаходиться в динамічній рівновазі з розчином. Зазвичай гель (гидроксиди алюмінію, цирконію, заліза і ін.) облягають на пористих підкладках з металокераміки, графіту, полімерів.

Сучасні мембрани, розроблені провідними фірмами для промислового використання, є конструкціями з декількох шарів різних матеріалів. Наприклад, відомі мембрани для процесу первапорациі, що складаються з селективного непористого полімерного шару товщиною (0,05-3) мкм, поміщеного на ультрафільтр з відкритою пористістю асиметричної будови (діаметр пір збільшується у міру видалення від селективного шару) товщиною 100 мкм. Все це для додання механічній міцності нанесено на неткане або ткане полотно з полімерних ниток [76]. Метод первапорациі полягає в розділенні сумішей рідин шляхом виділення однієї з них випаровуванням через полімерну мембрану. В порівнянні з традиційними методами розділення (ректифікація, виборча сорбція, випаровування), перевагою первапорациі є можливість створення замкнутих, малоенергоємних технологічних циклів розділення, очищення від домішок або концентрації рідин.

3.4 Основні типи обратноосмотичних модулів

На сьогоднішній день можна говорити про чотири типові геометричні модифікації конструкції і розроблених способів укладання обратноосмотічеських мембран в обратноосмотічеських елементах - це плоскою, рулонною, трубчастою і у вигляді порожнистих волокон . З них тільки 3 конфігурації дійшли до широкого використання в конструкціях промислових баромембранних апаратів:

• трубчасті мембранні модулі;

• мембранні модулі з тонких порожнистих волокон;

• звиті в рулонний модуль плоскі мембрани.

Рулонні мембранні елементи і модулі

Схематичне зображення рулонного обратноосмотічеського елементу показане на мал. 3.5 Рулонний елемент, по суті, містить декілька мембранних пакетів, кожен з яких має два шаруючи мембрани, розділених пористим, нестискуваним матеріалом підкладки. Ці пакети разом з сітчастими прокладками для концентрату (розсолу) навиті навколо водозбірної трубки. Концентрат під тиском проходить у напрямі осі уздовж бічної сітчастої прокладки - пермеат (очищена вода) тече через мембрану в пористий матеріал підкладки, а потім в центральну водозбірну трубу.

На малюнку 3.6 показаний зовнішній вигляд таких рулонних елементів. Стандартний діаметр рулонного елемент 4 або 8 дюймів (-100 або ~200 мм) при довжині 40 дюймів (1016 мм). Такі елементи поміщають в корпуси. Як корпуси для модулів використовуються труби з неіржавіючої сталі або композитних матеріалів. У один корпус поміщають до 6 рулонних елементів. З економічної точки зору перевага віддається створенню установок зворотного осмосу на базі рулонних модулів і модулів з порожнистих волокон.

Дані про щільність упаковки мембранних модулів різного типу і інші характеристики приведені в таблиці 3.6

Таблиця 3.4 -Щільність упаковки мембран в модулях різної конфігурації
Конфигурація мембран	Співвідношення площадь/об ].см, м 1	Характеристика потока у модулі	Требуемая степень очистки от взвешенных веществ
Полое волокно с внешним диамет­ром, мкм 100 200 300	20000 10000 7000	Ламінарний Ламінарний Ламінарний	Дуже высока
Плоская мембрана рулонный элемент фильтр-пресс	500-900 100-200	Ламінарний Турбулентний	Висока середня
Трубчата мем­брана (зовнішній діаметр 1,27см)	170	Турбулентний	низька

Переваги мембранних процесів повною мірою можуть виявитися лише при оптимальному виборі схем розділення, параметрів мембранних апаратів і робочих режимів. Вибір технологічних схем повинен грунтуватися на результатах физико-хімічного дослідження складу і властивостей початкової води, обліку зміни функціональних властивостей мембран при їх експлуатації і деяких інших чинників.

Ще однією важливою технологічною стадією обратноосмотічеського опріснення, яка має важливе значення є процес хімічного чищення мембран. Оскільки, як би ретельно не проводилася попередня підготовка початкової води перед подачею її на обратноосмотічеську установку, проте, поверхня мембрани поступово забруднюється. На поверхні утворюється осад, що приводить до погіршення експлуатаційних характеристик мембранних модулів і зниження продуктивності обратноосмотічеськой установки, тому періодично проводять хімічне очищення мембранних поверхневий.

Мал 3.6 Обратноосматиний модуль з рулонними елементами у розрізі.

4. РОЗРАХУНОК ЖИВЛЕННЯ ЕЛЕКТРОДВИГУНА НАСОСА

Вибір кабелю живлення електродвигуна насоса

Вибирають марку кабелю, визначаючи його довжину й перетин силових жил.

Згідно ПБ для прокладки по виробітку допускається застосовувати броньовані екрановані кабелі із дротовою бронею. Для цієї мети прийнятий кабель марки ЭВБВ 3*25+1*10.

При визначенні довжини кабелів при прокладці в гірських виробітках необхідно враховувати запас на провисання для броньованих кабелів L_бр–5%:

, м (3.1),

м ,

де ΣL_выр. - сумарна довжина виробітків, по яких прокладений кабель, м.

Перетин силових жил кабелю вибирають: по довгостроково припустимому струмі навантаження; механічній міцності, економічній щільності струму й термічної стійкості.

Перетин кабелю по довгостроково припустимому струмі навантаження (I_дл,А) вибирають за умовою:

(3.2)

де k_п – поправочний коефіцієнт на температуру навколишнього середовища, обумовлений відповідно до ПУЭ; I_р. - розрахунковий струм навантаження кабелю.

Поправочний коефіцієнт для температури 40⁰ З дорівнює 0,85 ,

А ,

83,1А ≥ 30А .

Розрахунковий струм навантаження приймають по наступних умовах:

кабелів для живлення окремого споживача:

_, (3.3)

де ∑I_н.i. – сума номінальних струмів электроприемников приєднаних до кабелю. Для двигунів приймають номінальний струм, що відповідає режиму його роботи (S₁, S₂, S₁₀).

_.

По механічній міцності рекомендується приймати наступні мінімальні перетини кабелів для високої напруги – 16 мм²;

По економічній щільності струму (відповідно до ПУЭ) вибирають кабелі з терміном служби більше 5 років (стовбурні, для РПП-6). Цей перетин залежить від річного числа годин використання максимуму навантаження, матеріалу жил і ізоляції кабелю й визначається по формулі:

, мм² , (3.4)

де j_эк. – економічна щільність струму, А/мм².

, мм² .

При цьому приймають найближчий більший стандартний перетин.

Перевірку перетину жив кабелів по термічній стійкості можна проводити за табличним даними або аналітично. За табличним даними визначають гранично припустимий короткочасний струм (I_п, А) величина якого повинна бути більше струму трифазного короткого замикання (I⁽³⁾_к.з., А) на початку кабелю, тобто:

. (3.5)

Граничний струм для прийнятого перетину кабелю визначається довгостроково припустимою температурою нагрівання ізоляції кабелю й наведеним часом відключення, обумовленого типом захисного апарата . Для КРУВ-6 і кабелю з поливинилхлоридной ізоляцією А.

.

Перетин жив кабелю по термічній стійкості може бути визначене також по формулі:

, мм² , (3.6)

де I⁽³⁾_к.з. – струм трифазного короткого замикання на початку кабелю; t_п – наведений час відключення; K_t – коефіцієнт, що враховує попереднє навантаження кабелю й температуру навколишнього середовища; З – коефіцієнт, що враховує кінцеву температуру нагрівання жив при короткому замиканні й напруга кабелю.

Наведений час t_п становить 0.25 з; коефіцієнт для даних умов дорівнює 1 (t = 40ºЗ, ); коефіцієнт ІЗ = 115А·мм²·з^1/2.

, мм² .

Прийнятий кабель задовольняє вимогам по термічній стійкості, тому що прийнятий перетин кабелю 16 мм² більше 4,8 мм².

Розрахунок струмів короткого замикання

Визначаю струми к.з. на затискачах ЦПП. ЦПП одержує живлення від трансформатора ТДТНШ-40000/115 по кабелі Вэвпшв 3х95 + 1х50).

Знаючи струм трифазного к.з. на шинах ЦПП визначимо опір мережі Z_ф :

, Ом , (3.7)

Ом.

Визначимо струм двофазного к.з. на затискачах електродвигуна насоса:

, А (3.8)

А .

Знайдемо опір мережі Z_c з урахуванням опору кабелю Z_k живильний двигун насоса:

, Ом , (3.9)

Ом .

Повний опір кабелю Z_k :

, Ом , (3.10)

Ом .

Опір кабелю визначають по формулах:

,Ом , (3.11)

, Ом , (3.12)

Ом ,

Ом ,

де X_УД, R_УД – відповідні опори 1 км кабелю.

Вибір комутаційних апаратів і уставок захисту

Вибір комплектні розподільні пристрої й уставки їхнього захисту вступні, для керування електродвигунами насосів в відповідності з параметрами, наведеними на схемі.

В

О

О

2300

2000

Рисунок 3.10- схема керування електродвигунами.

Для керування двигуном приймемо КРП типу КРПВ-6 у яких I₀ = 10000 А > = 1110 А .

Для керування електродвигуном насоса приймемо КРУ на струм 40 А. Для цього КРУ I_н = 40 А > I_р = 37,1 А. I_р – номінальний струм електродвигуна, рівний 37,1 А.

Струм спрацьовування реле максимального захисту для електродвигуна ВА02-450А-4 з пусковим струмом 210 А дорівнює:

А ,

_,

Струм уставки захисти може бути прийнятий рівним 13 А.

Струм спрацьовування захисту по первинній стороні:

А ,

Коефіцієнт чутливості буде дорівнює:

_.

Струм спрацьовування захисту від перевантаження :

, А , (3.13)

де К_ОТС – коефіцієнт відбудування (К_ОТС = 1.1...1.2); К_СХ – коефіцієнт схеми (при послідовному з'єднанні обмоток реле К_СХ = 1, при паралельному – К_СХ = 2); К_В – коефіцієнт повернення (для реле РТ-100 К_В = 0,8); К_Т.Т. – коефіцієнт трансформації трансформатора струму; I_Н – номінальний струм споживача, А.

_.

Приймаємо струм уставки 1 А.

5. МОНТАЖ, НАЛАДКА, ТЕХНІЧНЕ ОБСЛУГОВУВАННЯ НАСОСНИХ АГРЕГАТІВ